基于蜂巢结构的模块化建筑设计研究

李 帆，胡福良

（1.浙江大学建筑工程学院建筑系1801 班，浙江 杭州 310058；2.浙江大学动物科学学院，浙江 杭州 310058）

1 引言

自有“美”的概念以来，人们便意识到大自然在美学层面也存在自然选择，不论是蝴蝶的背纹、叶的肌理，还是鲸骨的弧度，都被人们发掘并广泛应用于设计中。而蜂巢结构作为覆盖二维平面最优的拓扑结构[1]，被建筑设计与城市规划青睐已久。近年来，随着建筑技术的高速发展，脱胎于蜂巢结构“重复性”而生的模块化设计，在建筑设计领域形成了一种风潮。

2 蜂巢结构与模块化

2.1 蜂巢结构

蜂巢结构是理性与感性共存的。蜂巢的基本结构是一个个正六角形。直观来看，这样的结构最显著的属性便是其六边形态与无限重复性。前者为它带来了许多为人称道的神奇特性，比如能用最少的材料去塑造最大的面积。人们沉醉于从物理、数学、化学等各个方面对它进行分析，试图用理性的公式证明其科学美。后者带来了视觉上最直接的感性美。从平面构成上来说，重复结构在视觉效果上，能够使形象安定、整齐、规律，营造出一种严谨、精致的秩序美感，具有加强人们对形象记忆的优点[2]。因此蜂巢结构在迎来理科式研究的同时，也在为工业设计、服装设计、建筑设计等设计领域提供源源不断的灵感。

2.2 模块化设计

蜂巢结构将一个基本单元重复使用再拼装组合，与搭积木的手法类似。而这样通过对独立构件进行处理、组合，形成完整的结构。这也启发了设计者，促使他们思考出了一种新的设计方式——模块化设计。

模块化一词最早被运用在工商管理领域，用于逐层分解解决复杂问题[3]。随着工业化时代的进一步发展，环境问题逐渐严重，人们在更多领域将目光转向了代表绿色环保的模块化设计，其中便包括建筑领域。

模块化建筑是以建筑设计为手段，以建筑为主体，将主体所需功能植入基本模块，对模块进行重新分类、划分和组合的设计方式。它存在便捷、环保、易于操作等优点，不仅能够在降低成本、减少工期方面发挥作用，也能在一定程度上缓解人与自然之间的矛盾，是新思想、新技术、新工艺孕育出的现代化建造方法。

3 蜂巢型模块化建筑案例分析

模块化建筑应用广泛，种类繁多，在结构、空间、形态、甚至构造工艺上都有所体现。在此主要在景观建筑、单体建筑、社区建筑3 个层面，讲述现有模块化建筑中对蜂巢结构存在直接仿生借鉴的案例，并对其进行分析。

3.1 景观建筑

Orquideorama 景观亭，是位于哥伦比亚的一处蜂巢类景观建筑物。出于保护场地内现有树木不受干扰的目的，建筑需要有序的结构与灵活的排列。因此，建筑出7 个六边形模块组合，在平面上做出蜂巢的仿生模式，并将此模式不断重复，由此同时满足灵活与有序的要求[4]。

图1 Orquideorama 景观亭

图2 展厅平面

模块化建筑的精髓不仅在于模块组合方式的美妙，也在于单个模块的精细设计。在此案例中，每个模块单元都设有空心的中央六边形树干，其内部安装了包括基础结构、电力设施、雨水收集系统在内的管道设施。

如此一来，每个模块都可独立形成一定的微气候及空间。同时，模块的优势也通过多次重复而被放大，共同构成了一张便于雨水收集、热空气流通的有机网络。可见，该项目为模块化建筑领域带来的积极影响，是由内而外、由形态到技术的。

3.1 单体建筑

纽约创意机构为解决纽约日益增长的流浪人口问题，运用蜂窝结构构思出了一种模块化拼装住宅[5]。它被称为“寄居城市山墙的蜂巢”，能够加筑在建筑山墙面上，在城市建筑越来越密集的当下，利用竖向空隙解决居住需求问题。

图3 蜂巢结构立面

图4 住宅区鸟瞰

“其中，一个六边形是一个居住模块，而这个居住模块又由不同功能的单元房间拼合而成。比如，一个卧室单元和一个书房单元，可以组合成一个带书房的居住模块，卧室单元和浴室单元则组合成了可淋浴的居住模块。

图5 卧室单元

图6 浴室单元

单元拼成模块，模块构成建筑。在这样的生产方式之下，一整面墙的家庭单元都可以在一天之内组装完成。同时，每个模块的相似也让居住者可以快速部署，并迅速适应建成环境的变化，这是模块化建筑带来的人性化便利。

3.2 社区建筑

蜂巢奇异的六边形不仅让建筑师们在居住建筑单体上灵感喷涌，也引发了他们对城市未来“模块化”社区的思考。

“城市蜂巢”是在上海进行的一次社区建筑展览。设计师们旨在利用模块化、灵活的和可重复利用的方式重新思考未来的社区生活。设计将3㎡的立方体空间作为基本模块，每个模块都被植入不同的功能，包括起居室、卧室、厨房、餐厅、书房、健身房和工作室等[6]。这些模块被组合成不同的布局，根据未来使用者的实际需求进行横向和纵向的灵活组合和延展。

和单体建筑不同的是，在社区建筑中，与蜜蜂集群性的生活模式类似，设计者更多地思考和规划了人们未来在这个社区中居住的秩序。比如，居民共享某个模块的功能，将这些模块在社会关系上联结起来；或是将某个模块同时对社区内外开放使用，把社区与社会联结起来。

4 模块化建筑优势与发展展望

4.1 优势及发展意义

从诸多现存蜂巢型模块化建筑案例中可以看到，模块化建筑作为一种集成度高、生产周期短的建筑模式[7]，具有方便、适应性强、经济性高的优点，能够在一定程度上解决环保、人口、城市密度等社会问题。此外，传统建筑方式带来了许多建筑行业的负面问题，比如建筑垃圾的制造、施工现场的水资源污染等。模块化建筑与其装配式的预制方式，为改善建筑行业提供了一条可预见的路径。

4.2 发展展望

近年来，随着工业化水平不断提高，模块化建筑在技术方面不断精进，在国内外运用已非常广泛。如今，我国人口红利逐渐降低，建筑界也出现了施工劳动力紧张的情况[3]；加之碳中和与节能环保理念被提到前所未有的高度，这些都将直接推动模块化装配式建筑向前发展。可以预见，模块化已经并将越来越成为“未来”建筑的代名词。

5 结语

蜂巢结构以其特殊的形态特点与无限延展的复制性，为建筑师带来了源源不断的灵感。不仅有蜂巢仿生的建筑形态，更出现了模块化建筑这种脱胎于蜂巢特点的制造模式，在景观建筑、单体建筑、建筑社区等层面都已有诸多构思与案例。经过数年的发展，模块化建筑以其适应现实的优越性，在国内外使用将会越来越广泛，这项由蜜蜂带给人类的技术必将在未来持续不断地发挥作用。